微波干法制备阳离子淀粉.pdf

阳离子淀粉是一种系列产品，是优良的造纸湿部添加剂和纸张补强剂，又可广泛应用于印染、纺织、油田开发和食品工业，现均采用湿式法制备。有关湿法制备阳离子淀粉的方法在许多专利文献中均可查到，如JP-63108001，CS-244205，EP-200830等。美国DORR公司、日本油脂株式会社及西欧Averb公司，国内生产厂家均用湿法生产阳离子淀粉系列产品，湿法制备过程是在淀粉悬浮液中进行的，各种物料按一定的比例在有催化剂存在下，于50～60℃，经过6～20小时完成阳离子化反应，再经酸中和、脱水、洗涤、干燥等过程制备出商品化产品。但由于该方法存在着工序多、制备周期长、成本高和能耗大等缺点，为此人们做了大量的研究。近年来，西德Degussa公司，利用硷活化的风干淀粉，采用具有真空装置的捏合机中喷啉阳离子醚化剂，靠机械滚压，经一定的温度和反应时间后，制备出阳离子淀粉，其性能与湿法相当，目前处于中型设备试验阶段，尚未达到工业化程度。为改善阳离子淀粉的性能和提高生产效率，我们经过反复实验，发现一种微波干法成功地制备出阳离子淀粉。即利用微波所提供足够的能量完成淀粉阳离子化反应，实现干法制备不同取代度的阳离子淀粉。该法具有工艺简单、效率高、成本低、易于实现工业化生产等特点。
    本发明是淀粉在氢氧化钠、氢氧化钾等无机类强硷，和三乙醇胺、四丁基氢氧化铵等有机强硷催化剂存在下，与具有活性基团的季铵盐类和叔胺类有机化合物阳离子醚化剂：如1、2、-环氧丙基三甲基氯化铵、乙烯亚胺、N，N-二甲基-2-丙烯酰胺基乙胺、β-二乙基胺乙基氯等等。混合均匀后，直接通过一个专门为之设计的微波合成（MWS）装置（另申请发明专利）。经过一定时间的微波照射后，从而达到淀粉阳离子化的目的，无须经过水洗、脱水、干燥等工序，便可直接得到商品的阳离子淀粉，从而完成本发明。本发明所应用的方法，制备阳离子淀粉的周期仅是湿法的 1/10 左右，成本降低近20%，并且本发明所用之方法易于实现自动化控制，易于实现工业化生产等特点。因此，可使淀粉利润增值五倍以上，具有较好的经济效益。本发明是在0.5～3.0%强硷存在下，淀粉与阳离子醚化剂之比为97～80∶3～20，微波腔能量密度为2000～15000W/m3，微波照射时间为3～10分钟，温度控制在50～85℃下，保温10～60分钟，可根据阳离子淀粉取代度不同任意选择。

    例1：1、2-环氧丙基三甲基氯化铵，是一种较好的淀粉阳离子醚化剂，我们参照上述专利提供的方法制备了该种醚化剂，经IR、NMR和元素分析测定证实该化合物的组成为G6H14NOCl。将0.25克分子NaOH、0.4克分子醚化剂分别溶于水中，然后喷啉在1000克淀粉上，使其混合均匀，控制淀粉的总含水量不超过40%，然后将这些物料通过能量密度为2000～10000V/m3的微波合成装置的微波腔3～7分钟，50～75℃保温20～30分钟，即可得到含水量小于17%的阳离子淀粉，如使阳离子淀粉呈季铵盐形式存在，可用1～5%的盘酸喷啉所得阳离子淀粉，混合均匀后，在微波腔的能量密度为6000～10000V/m3时，微波辐照3～5分钟，使之干燥即可。所得的阳离子淀粉地主要性能如表：

    结果表明，用本发明的方法制备的阳离子淀粉主要性能达到或超过湿法制备的阳离子淀粉，就阳离子取代度而言，本发明可根据实际需要，可调整物料的配比，改变微波腔工作状态和工艺参数，制备出取代度不同的阳离子淀粉。

    例2：按例1同样的方法，把0.02克分子NaOH、0.45克分子N，N-二甲基-（2-丙烯酰胺基）乙胺溶于水中，与1000克淀粉混合均匀，控制淀粉的总含水量在40%左右，再把这些物料通过能量密度为2000～15000W/m3的微波合成装置的微波腔3～7分钟，并在60～85℃下保持20～30分钟，即得取代度为0.075的阳离子淀粉。

    至于用其他的阳离子醚化剂而制备的阳离子淀粉，均可采用例1和例2所提供的工艺过程进行，只是改变物料的配比、微波腔中的能量密度及微波照射时间即可。